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公開番号2025067047
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176709
出願日2023-10-12
発明の名称半導体装置、および、電力変換装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/493 20070101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】2つのインバータをつなぐ電流経路部のインダクタンスを低下させることで体格の小型化が可能になった半導体装置、および、電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、共通の回転電機に接続される2つのインバータの一部を構成する半導体装置110である。半導体装置は、第1スイッチング素子42H、42L、42と、第2スイッチング素子52H、52L、52と、開閉器70を有する電流経路部80と、封止部材180と、を備える。電流経路部は回転電機を介さずに第1インバータと第2インバータをつなぐ。開閉器は、閉状態で電源と第2スイッチング素子とを接続し、開状態で電源と第2スイッチング素子との接続を遮断する。封止部材は、第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、および、電流経路部を封止する。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
共通の回転電機（１４）に接続される２つのインバータ（４０、５０）の一部を構成する、半導体装置（１１０）であって、
２つの前記インバータのうち、前記回転電機の巻線（１５）に電気的に接続される第１インバータ（４０）を構成する第１スイッチング素子（４２Ｈ、４２Ｌ、４２）と、
２つの前記インバータのうち、前記巻線に電気的に接続される第２インバータ（５０）を構成する第２スイッチング素子（５２Ｈ、５２Ｌ、５２）と、
前記回転電機を介さずに前記第１インバータと前記第２インバータをつなぐとともに、閉状態で電源（１２）と前記第２スイッチング素子とを接続し、開状態で前記電源と前記第２スイッチング素子との接続を遮断する開閉器（７０）を有する電流経路部（８０）と、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、および、前記電流経路部を封止する封止部材（１８０）と、を備える半導体装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記第１スイッチング素子は、前記第１インバータの所定相を構成し、
前記第２スイッチング素子は、前記第１インバータと同相である前記第２インバータの前記所定相を構成し、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の１つは上アーム素子であり、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の他の１つは下アーム素子である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記封止部材の厚さ方向（Ｚ）に直交する直交方向のうちの１つである幅方向（Ｘ）に関して、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の間に前記開閉器が設けられている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１インバータおよび前記第２インバータは、前記第２インバータを中性点化するスター結線駆動と、前記第２インバータによる中性点を開放し、相ごとに前記巻線に印加する電圧を制御するオープン結線駆動とを切り替え可能である、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記封止部材における前記厚さ方向の一面の側において、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、および、前記開閉器に電気的に接続される一面側配線（１２２）と、
前記電源の正極と前記第１スイッチング素子の前記上アーム素子に接続される正極端子（１４１）と、をさらに備え、
前記一面側配線は、前記第１スイッチング素子の前記上アーム素子と前記開閉器に接続される一面側配線片（１２３Ｈ）を有し、
前記一面側配線片に前記正極端子が接続されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記封止部材における前記厚さ方向に関して前記一面の反対の裏面側で、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、および、前記開閉器に電気的に接続される裏面側配線（１３２）と、
前記裏面側配線に連なり前記電源の負極と前記第１スイッチング素子の前記下アーム素子に接続される負極端子（１４２）と、をさらに備え、
前記正極端子と前記負極端子が前記幅方向に関して前記封止部材の中心よりも片側に設けられている請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記幅方向に関して前記正極端子は前記負極端子よりも前記開閉器の近くに配置されている請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記一面側配線は、前記一面側配線片である第１配線片の他に、前記第２スイッチング素子の前記上アーム素子が接続される第２配線片（１２４Ｈ）を有し、
前記第１配線片における前記直交方向に沿う面積は、前記第２配線片における前記直交方向に沿う面積よりも大きい請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
共通の回転電機（１４）に接続される２つのインバータ（４０、５０）を構成する半導体装置（１１０）を複数有する電力変換装置（２０）であって、
前記半導体装置は、
２つの前記インバータのうち、前記回転電機の巻線（１５）の一端に電気的に接続される第１インバータ（４０）を構成する第１スイッチング素子（４２Ｈ、４２Ｌ、４２）と、
２つの前記インバータのうち、前記巻線の他端に電気的に接続される第２インバータ（５０）を構成する第２スイッチング素子（５２Ｈ、５２Ｌ、５２）と、
前記回転電機を介さずに前記第１インバータと前記第２インバータをつなぐとともに、閉状態で電源（１２）と前記第２スイッチング素子とを接続し、開状態で前記電源と前記第２スイッチング素子との接続を遮断する開閉器（７０）を有する電流経路部（８０）と、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、および、前記電流経路部を一体的に封止する封止部材（１８０）と、を備える電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子を制御する制御部（９０）をさらに備え、
前記第１スイッチング素子は、前記第１インバータの所定相を構成し、
前記第２スイッチング素子は、前記第２インバータの前記所定相を構成し、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の１つは上アーム素子であり、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の他の１つは下アーム素子である請求項９に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の開示は、半導体装置、および、電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１の電力変換装置は、電位の異なる２つの電源線と、２つのインバータと、開閉器と、を備えている。電力変換装置は、電源と複数相の巻線を有する回転電機との間で、電力変換を行う。２つのインバータは電位の異なる２つの電源線に接続されている。２つのインバータのうち第１インバータは巻線の一端に接続され、第２インバータは巻線の他端に接続されている。開閉器は、電位の異なる２つの電源線の少なくとも一方において、２つのインバータの接続点の間に設けられている。開閉器は、閉状態で第２インバータの電源端子と電源とを接続し、開状態で第２インバータの電源端子と電源との接続を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１７７３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においてインバータを形成する上下アーム回路は個々にパッケージに封止されている。第１インバータを形成する上下アーム回路に電源線の一部である第１のバスバーが接続されている。第２インバータを形成する上下アーム回路に電源線の残りである第２のバスバーが接続されている。２つのバスバーの間に開閉器が設けられている。第１インバータと第２インバータの上下アーム回路が、２つのバスバーと開閉器を介して接続されている。
【０００５】
特許文献１においては開閉器がパッケージから露出されているために、バスバーにおける２つの上下アーム回路をつなぐ部位をパッケージに収まるほど短くすることができない。バスバーにおける２つの上下アーム回路をつなぐ部位のインダクタンスを低下させることができなかった。それに伴って開閉器および第２インバータのスイッチング速度を高速化することができなかった。それに伴って開閉器および第２インバータを小型化できず、第１インバータと第２インバータと開閉器を含むモジュールの体格を小型化することが難しかった。
【０００６】
本開示の目的は、２つのインバータをつなぐ電流経路部のインダクタンスを低下させることで体格の小型化が可能になった半導体装置、および、電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様による半導体装置は、
共通の回転電機（１４）に接続される２つのインバータ（４０、５０）の一部を構成する、半導体装置（１１０）であって、
２つのインバータのうち、回転電機の巻線（１５）に電気的に接続される第１インバータ（４０）を構成する第１スイッチング素子（４２Ｈ、４２Ｌ、４２）と、
２つのインバータのうち、巻線に電気的に接続される第２インバータ（５０）を構成する第２スイッチング素子（５２Ｈ、５２Ｌ、５２）と、
回転電機を介さずに第１インバータと第２インバータをつなぐとともに、閉状態で電源（１２）と第２スイッチング素子とを接続し、開状態で電源と第２スイッチング素子との接続を遮断する開閉器（７０）を有する電流経路部（８０）と、
第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、および、電流経路部を封止する封止部材（１８０）と、を備える。
【０００８】
これによれば、電流経路部（８０）の経路長を封止部材（１８０）に収まる程度に短くすることができる。電流経路部におけるインダクタンスを低下できる。それに伴って、開閉器（７０）および第２スイッチング素子のスイッチング速度を高速化でき、開閉器および第２スイッチング素子のサイズを小型化できる。半導体装置（１１０）の体格を小型化できる。
【０００９】
別の本開示の一態様による電力変換装置は、
共通の回転電機（１４）に接続される２つのインバータ（４０、５０）を構成する半導体装置（１１０）を複数有する電力変換装置（２０）であって、
半導体装置は、
２つのインバータのうち、回転電機の巻線（１５）の一端に電気的に接続される第１インバータ（４０）を構成する第１スイッチング素子（４２Ｈ、４２Ｌ、４２）と、
２つのインバータのうち、巻線の他端に電気的に接続される第２インバータ（５０）を構成する第２スイッチング素子（５２Ｈ、５２Ｌ、５２）と、
回転電機を介さずに第１インバータと第２インバータをつなぐとともに、閉状態で電源（１２）と第２スイッチング素子とを接続し、開状態で電源と第２スイッチング素子との接続を遮断する開閉器（７０）を有する電流経路部（８０）と、
第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、および、電流経路部を一体的に封止する封止部材（１８０）と、を備える。
【００１０】
電流経路部（８０）の経路長を封止部材（１８０）に収まる程度に短くすることができる。電流経路部におけるインダクタンスを低下できるために、開閉器（７０）および第２スイッチング素子（５２Ｈ、５２Ｌ、５２）のスイッチング速度を高速化でき、開閉器および第２スイッチング素子のサイズを小型化できる。半導体装置を小型化できる。ひいては電力変換装置（２０）の体格を小型化できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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